A influência do quórum sensing na formação do biofilme por Pseudomonas aeruginosa
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i2.12659Palavras-chave:
Fatores de virulência; Biofilme; Resistência bacteriana a antibióticos; Infecção hospitalar.Resumo
As bactérias se organizam de forma agregada numa matriz extracelular, chamada biofilme, estrutura que confere proteção a bactéria a ação dos antimicrobianos e a resposta imune do hospedeiro. Assim, Pseudomonas aeruginosa, é classificado como um micro-organismo oportunista, responsável por causar altos números de infecções hospitalares devido a resistência bacteriana desenvolvida por fatores de virulência como o biofilme, controlados por o sistema quorum sensing. Desse modo, o objetivo desse trabalho foi descrever a comunicação das células bacteriana para formação do biofilme por P. aeruginosa, durante o processo de colonização e infecção no hospedeiro. Seguiu-se a metodologia de uma revisão narrativa, com base nos artigos publicados entre os anos de 2000 e 2020, indexados na Biblioteca Virtual em Saúde (BVS), utilizando para busca os descritores: “quorum sensing”, "Pseudomonas aeruginosa", "biofilm", "virulence factors", "Flagella", "pili", "bacterial adhesion" "polysaccharide" "adhesins" e "biofilm matrix”. Foram selecionados artigos publicados na íntegra, em inglês, entre os anos de 1990 e 2020. Foram excluídos artigos incompletos, duplicados e trabalhos acadêmicos como teses e dissertações. Evidenciou-se que a resistência bacteriana de P. aeruginosa aos antibióticos está relacionada a sua alta capacidade de adaptação a ambientes hostis e aos mecanismos de resistência desenvolvidos pela espécie, especialmente a formação do biofilme bacteriano pelo sistema quorum sensing a partir da biossíntese de moléculas autoindutoras como: N-3-oxo-dodecanoil homoserina lactona, N-butanoil-homoserina lactona e 2-heptil-3-hidroxi-4-quinolona, responsáveis por mediar a produção dos fatores de virulência. Esta revisão abordou os aspectos gerais que envolve a patogenicidade oriunda da comunicação bacteriana durante o seu processo de colonização.
Referências
Brasil (2019). Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Boletim Segurança do Paciente e Qualidade em Serviços de Saúde nº 20: Avaliação dos indicadores nacionais das IRAS e RM 2018. Brasília: ANVISA. https://bit.ly/2MRfYvE
Brindhadevi, K., LewisOscar, F., Mylonakis, E., Shanmugam, S., Verma, T. N., & Pugazhendhi, A. (2020). Biofilm and Quorum sensing mediated pathogenicity in Pseudomonas aeruginosa. Process Biochemistry. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2020.06.001
Bruzaud, J., Tarrade, J., Coudreuse, A., Canette, A., Herry, J. M., de Givenchy, E. T., Darmaninc, T., Guittardc, F., Guilbauda, M., & Bellon-Fontaine, M. N. (2015). Flagella but not type IV pili are involved in the initial adhesion of Pseudomonas aeruginosa PAO1 to hydrophobic or superhydrophobic surfaces. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 131, 59-66. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2015.04.036
Byrd, M. S., Sadovskaya, I., Vinogradov, E., Lu, H., Sprinkle, A. B., Richardson, S. H., Ma, L., Ralston, B., Parsek, M. R., Anderson, E. M., Lam, J. S., & Daniel J. Wozniak (2009). Genetic and biochemical analyses of the Pseudomonas aeruginosa Psl exopolysaccharide reveal overlapping roles for polysaccharide synthesis enzymes in Psl and LPS production. Molecular microbiology, 73(4), 622-638. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2009.06795.x
Churchill, M. E., & Chen, L. (2011). Structural basis of acyl-homoserine lactone-dependent signaling. Chemical reviews, 111(1), 68-85. https://doi.org/10.1021/cr1000817
Colvin, K. M., Gordon, V. D., Murakami, K., Borlee, B. R., Wozniak, D. J., Wong, G. C., & Parsek, M. R. (2011). The pel polysaccharide can serve a structural and protective role in the biofilm matrix of Pseudomonas aeruginosa. PLoS Pathog, 7(1), e1001264. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1001264
Colvin, K. M., Irie, Y., Tart, C. S., Urbano, R., Whitney, J. C., Ryder, C., Howell, P. L., Wozniak, D. J., & Parsek, M. R. (2012). The Pel and Psl polysaccharides provide Pseudomonas aeruginosa structural redundancy within the biofilm matrix. Environmental microbiology, 14(8), 1913-1928. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2011.02657.x
D'Argenio, D. A., & Miller, S. I. (2004). Cyclic di-GMP as a bacterial second messenger. Microbiology, 150(8), 2497-2502. https://doi.org/10.1099/mic.0.27099-0
Davies, J. C. (2002). Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis: pathogenesis and persistence. Paediatric respiratory reviews, 3(2), 128-134. https://doi.org/10.1016/S1526-0550(02)00003-3
Evans, L. R., & Linker, A. (1973). Production and characterization of the slime polysaccharide of Pseudomonas aeruginosa. Journal of bacteriology, 116(2), 915-924. https://doi.org/10.1128/JB.116.2.915-924.1973
Flemming, H. C., & Wingender, J. (2010). The biofilm matrix. Nature reviews microbiology, 8(9), 623-633. https://doi.org/10.1038/nrmicro2415
Franklin, M. J., Nivens, D. E., Weadge, J. T., & Howell, P. L. (2011). Biosynthesis of the Pseudomonas aeruginosa extracellular polysaccharides, alginate, Pel, and Psl. Frontiers in microbiology, 2, 167. https://doi.org/10.3389/fmicb.2011.00167
Friedman, L., & Kolter, R. (2004). Two genetic loci produce distinct carbohydrate-rich structural components of the Pseudomonas aeruginosa biofilm matrix. Journal of bacteriology, 186(14), 4457-4465. https://doi.org/10.1128/JB.186.14.4457-4465.2004
Gallagher, L. A., McKnight, S. L., Kuznetsova, M. S., Pesci, E. C., & Manoil, C. (2002). Functions required for extracellular quinolone signaling by Pseudomonas aeruginosa. Journal of bacteriology, 184(23), 6472-6480. https://doi.org/10.1128/JB.184.23.6472-6480.2002
Gloag, E. S., Turnbull, L., Huang, A., Vallotton, P., Wang, H., Nolan, L. M., Mililli, L., Hunt, C., Lu, J., Osvath, S. R., Monahan, L. G., Cavaliere, R., Charles, I. G., Wand, M. P., Gee, M. L., Prabhakar, R., & Whitchurch, C. B. (2013). Self-organization of bacterial biofilms is facilitated by extracellular DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(28), 11541-11546. https://doi.org/10.1073/pnas.1218898110
Hawver, L. A., Jung, S. A., & Ng, W. L. (2016). Specificity and complexity in bacterial quorum-sensing systems. FEMS microbiology reviews, 40(5), 738-752. https://doi.org/10.1093/femsre/fuw014
Jenal, U., & Malone, J. (2006). Mechanisms of cyclic-di-GMP signaling in bacteria. Annu. Rev. Genet., 40, 385-407. https://doi.org/10.1146/annurev.genet.40.110405.090423
Jimenez, P. N., Koch, G., Thompson, J. A., Xavier, K. B., Cool, R. H., & Quax, W. J. (2012). The multiple signaling systems regulating virulence in Pseudomonas aeruginosa. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 76(1), 46-65. https://doi.org/10.1128/MMBR.05007-11
Johansen, H. K., Kovesi, T. A., Koch, C., Corey, M., Høiby, N., & Levison, H. (1998). Pseudomonas aeruginosa and Burkholderia cepacia infection in cystic fibrosis patients treated in Toronto and Copenhagen. Pediatric pulmonology, 26(2), 89-96. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0496(199808)26:2<89::AID-PPUL3>3.0.CO;2-C
Kariminik, A., Baseri-Salehi, M., & Kheirkhah, B. (2017). Pseudomonas aeruginosa quorum sensing modulates immune responses: an updated review article. Immunology letters, 190, 1-6. https://doi.org/10.1016/j.imlet.2017.07.002
Kievit, T. R., Gillis, R., Marx, S., Brown, C., & Iglewski, B. H. (2001). Quorum-sensing genes in Pseudomonas aeruginosa biofilms: their role and expression patterns. Applied and environmental microbiology, 67(4), 1865-1873. https://doi.org/10.1128/AEM.67.4.1865-1873.2001
Lee, J., Wu, J., Deng, Y., Wang, J., Wang, C., Wang, J., Chang, C., Dong, Y., Williams, P., & Zhang, L. H. (2013). A cell-cell communication signal integrates quorum sensing and stress response. Nature chemical biology, 9(5), 339. https://doi.org/10.1038/nchembio.1225
MacFaddin, J. F. (1985). Media for the isolation-cultivation-identification-maintenance of medical bacteria, vol. 1 Williams & Wilkins. Baltimore, MD.
Mann, E. E., & Wozniak, D. J. (2012). Pseudomonas biofilm matrix composition and niche biology. FEMS microbiology reviews, 36(4), 893-916. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2011.00322.x
McKnight, S. L., Iglewski, B. H., & Pesci, E. C. (2000). The Pseudomonas quinolone signal regulates rhl quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa. Journal of bacteriology, 182(10), 2702-2708. https://doi.org/10.1128/JB.182.10.2702-2708.2000
Montanaro, L., Poggi, A., Visai, L., Ravaioli, S., Campoccia, D., Speziale, P., & Arciola, C. R. (2011). Extracellular DNA in biofilms. The International journal of artificial organs, 34(9), 824-831. https://doi.org/10.5301/ijao.5000051
Mukherjee, S., Moustafa, D. A., Stergioula, V., Smith, C. D., Goldberg, J. B., & Bassler, B. L. (2018). The PqsE and RhlR proteins are an autoinducer synthase–receptor pair that control virulence and biofilm development in Pseudomonas aeruginosa. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(40), E9411-E9418. https://doi.org/10.1073/pnas.1814023115
Nakagami, G., Minematsu, T., Morohoshi, T., Yamane, T., Kanazawa, T., Huang, L., Asada, M., Nagase, T., Ikeda, S., Ikeda, T., & Sanada, H. (2015). Pseudomonas aeruginosa quorum-sensing signaling molecule N-3-oxododecanoyl homoserine lactone induces matrix metalloproteinase 9 expression via the AP1 pathway in rat fibroblasts. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 79(10), 1719-1724. https://doi.org/10.1080/09168451.2015.1056509
O'Toole, G. A., & Kolter, R. (1998). Flagellar and twitching motility are necessary for Pseudomonas aeruginosa biofilm development. Molecular microbiology, 30(2), 295-304. https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.1998.01062.x
Palleroni, N. J. (2010). The Pseudomonas story. Environmental microbiology, 12(6), 1377-1383. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2009.02041.x
Palleroni, N. J. (2015). Pseudomonas. Bergey’s manual of systematics of archaea and bacteria. https://books.google.com.br/
Pattnaik, S. S., Ranganathan, S., Ampasala, D. R., Syed, A., Ameen, F., & Busi, S. (2018). Attenuation of quorum sensing regulated virulence and biofilm development in Pseudomonas aeruginosa PAO1 by Diaporthe phaseolorum SSP12. Microbial pathogenesis, 118, 177-189. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2018.03.031
Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J., & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica. [e-book]. Santa Maria. Ed. UAB/NTE/UFSM. Retrieved from: https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/15824/Lic_Computacao_Metodologia-Pesquisa-Cientifica.pdf?sequence=1.
Pizarro-Cerdá, J., & Cossart, P. (2006). Bacterial adhesion and entry into host cells. Cell, 124(4), 715-727. https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.02.012
Ramos, H. C., Rumbo, M., & Sirard, J. C. (2004). Bacterial flagellins: mediators of pathogenicity and host immune responses in mucosa. Trends in microbiology, 12(11), 509-517. https://doi.org/10.1016/j.tim.2004.09.002
Rampioni, G., Pustelny, C., Fletcher, M. P., Wright, V. J., Bruce, M., Rumbaugh, K. P., Heeb, S., Cámara, M., & Williams, P. (2010). Transcriptomic analysis reveals a global alkyl‐quinolone‐independent regulatory role for PqsE in facilitating the environmental adaptation of Pseudomonas aeruginosa to plant and animal hosts. Environmental microbiology, 12(6), 1659-1673. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2010.02214.x
Rasamiravaka, T., Labtani, Q., Duez, P., & El Jaziri, M. (2015). The formation of biofilms by Pseudomonas aeruginosa: a review of the natural and synthetic compounds interfering with control mechanisms. BioMed research international, 2015. https://doi.org/10.1155/2015/759348
Römling, U., Galperin, M. Y., & Gomelsky, M. (2013). Cyclic di-GMP: the first 25 years of a universal bacterial second messenger. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 77(1), 1-52. https://doi.org/10.1128/MMBR.00043-12
Rybtke, M., Hultqvist, L. D., Givskov, M., & Tolker-Nielsen, T. (2015). Pseudomonas aeruginosa biofilm infections: community structure, antimicrobial tolerance and immune response. Journal of molecular biology, 427(23), 3628-3645. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2015.08.016
Ryder, C., Byrd, M., & Wozniak, D. J. (2007). Role of polysaccharides in Pseudomonas aeruginosa biofilm development. Current opinion in microbiology, 10(6), 644-648. https://doi.org/10.1016/j.mib.2007.09.010
Sharma, G., Rao, S., Bansal, A., Dang, S., Gupta, S., & Gabrani, R. (2014). Pseudomonas aeruginosa biofilm: potential therapeutic targets. Biologicals, 42(1), 1-7. https://doi.org/10.1016/j.biologicals.2013.11.001
Simpson, J. A., Smith, S. E., & Dean, R. T. (1993). Alginate may accumulate in cystic fibrosis lung because the enzymatic and free radical capacities of phagocytic cells are inadequate for its degradation. Biochemistry and molecular biology international, 30(6), 1021-1034. Retrived from: https://europepmc.org/article/med/8220249
Skariyachan, S., Sridhar, V. S., Packirisamy, S., Kumargowda, S. T., & Challapilli, S. B. (2018). Recent perspectives on the molecular basis of biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa and approaches for treatment and biofilm dispersal. Folia microbiologica, 63(4), 413-432. https://doi.org/10.1007/s12223-018-0585-4
Soheili, V., Tajani, A. S., Ghodsi, R., & Bazzaz, B. S. F. (2019). Anti-PqsR compounds as next-generation antibacterial agents against Pseudomonas aeruginosa: A review. European journal of medicinal chemistry, 172, 26-35. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.03.049
Tan, Q., Ai, Q., Xu, Q., Li, F., & Yu, J. (2018). Polymorphonuclear leukocytes or hydrogen peroxide enhance biofilm development of mucoid Pseudomonas aeruginosa. Mediators of inflammation, 2018. https://doi.org/10.1155/2018/8151362
Taylor, P. K., Yeung, A. T., & Hancock, R. E. (2014). Antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa biofilms: towards the development of novel anti-biofilm therapies. Journal of Biotechnology, 191, 121-130. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2014.09.003
Vasudevan, R. (2014). Biofilms: microbial cities of scientific significance. J Microbiol Exp, 1(3), 84-97. 10.15406/jmen.2014.01.00014
Wang, S., Liu, X., Liu, H., Zhang, L., Guo, Y., Yu, S., Wozniak, D. J., & Ma, L. Z. (2015). The exopolysaccharide Psl–eDNA interaction enables the formation of a biofilm skeleton in Pseudomonas aeruginosa. Environmental microbiology reports, 7(2), 330-340. https://doi.org/10.1111/1758-2229.12252
World Health Organization (2017) Global priority list of antibiotic-resistant bacteria to guide research, discovery, and development of new antibiotics, https://www.who.int/medicines/ publications/global-priority-list-antibiotic-resistant-bacteria/en/.
Wu, Y. K., Cheng, N. C., & Cheng, C. M. (2019). Biofilms in chronic wounds: pathogenesis and diagnosis. Trends in biotechnology, 37(5), 505-517. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2018.10.011
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